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    Chroma 11210,為鋰電池充電安全保駕護航!

    時間:2020-08-10 點擊次數:181
    摘要:圖1 因電池起火爆炸而造成汽車燃燒(示意圖) 使用鋰離子電池的產品,包含電動車、電動工具與電子產品的爆炸起火事故大部分都發生在充電的時候(圖1)。這主要是因為其負極材料(石墨烯或混硅材)在充電時會膨脹造成正負極之間極距縮短,若原本電極間因導電性雜質混入而有...
    圖1 因電池起火爆炸而造成汽車燃燒(示意圖)  
    圖1 因電池起火爆炸而造成汽車燃燒(示意圖)
      
      使用鋰離子電池的產品,包含電動車、電動工具與電子產品的爆炸起火事故大部分都發生在充電的時候(圖1)。這主要是因為其負極材料(石墨烯或混硅材)在充電時會膨脹造成正負極之間極距縮短,若原本電極間因導電性雜質混入而有效距離低于應有設計就容易演變為內部短路。且在反復充放電的周期會持續膨脹并非一次充電后既定型!(參考圖2研究報告),導致事故會發生在電池生產的非初次充電,或者是銷售后的終端產品。(此概念有別于一般學術認知的長久鋰沉積造成的內部短路)。
      
    圖2 石墨負極材料在鋰離子電池充放電過程中產生的厚度變化(參考古河電工時報 第134號2015/1)  
    圖2 石墨負極材料在鋰離子電池充放電過程中產生的厚度變化(參考古河電工時報 第134號2015/1)


     
    圖3 空氣的崩潰電壓與距離關系  
      圖3 空氣的崩潰電壓與距離關系
      
      所以鋰離子電池電芯的絕緣測試應當為一個電極間「距離」的測試,而非電阻值的測量。而從空氣的崩潰電壓與距離數據來看(圖3),即使測試距離在1um的情況下,測試電壓也必須大于350V才有檢出效果(空氣崩潰后放電現象)。但大部分的生產者因為缺乏相關技術信息,認為只要沒有內短路即可,所以導致測試電壓過低,使得無法有效判斷出絕緣距離是否足夠。
     
      圖4 測試過程的電氣閃絡
      圖4 測試過程的電氣閃絡
      
      此外,即使使用足夠的電壓,有些毛刺尖端會在測試過程產生間歇性的短暫絕緣崩潰,但這個現象會因尖端破壞短縮而看似恢復,同時隔離膜瞬間被擊穿形成熔孔,絕緣層因缺少隔離膜的保護導致毛刺外露,若再經過數次充放電后,負極材料的膨脹現象將使負極材料與毛刺發生短路,最終釀成災害。若使用一般的絕緣電阻計或是耐壓測試機,只在特定時間檢視漏電流大小是無法檢測出這樣的異常品(圖4)。在測試過程中的電氣閃絡偵測,加上一般測試結束前的漏電流判定才是較完整的測試方式。
      
    圖5 Chroma 11210電池芯絕緣測試儀  
    圖5 Chroma 11210電池芯絕緣測試儀
      
      Chroma 11210電池芯絕緣測試儀(圖5)是專為鋰離子電池電芯絕緣異常檢出而量身打造的絕緣測試機,特別設計「于高壓量測過程中,能針對絕緣體內微小的局部放電或電氣閃絡進行偵測與分析」,因為具備優越的PD偵測以及量測功能,Chroma11210可以檢測出一般的絕緣電阻計或耐壓測試儀無法測出的問題。一般的絕緣電阻計或耐壓測試儀只能在特定的時間間隔內量測漏電流的平均值,無法監控電壓及電流波形中的任何異常變化,反觀Chroma 11210能夠提供非常穩定的測試電壓,電壓爬升也非線性,因此可以偵測為短路;一般的絕緣電阻計或耐壓測試儀電壓爬升非線性,即使電壓穩態,仍有極大的漣波與雜訊,因此無法進行短路偵測(圖6)。
     
      
      圖6 如果沒有監控波形,有任何PD或flashover發生使波形發生異常變化,都無法偵測到,Chroma 11210可監控電壓電流波形,在右圖可以觀察到有兩次PD現象發生,一次在CV模式、另一次在CC模式
      
      測試完成后,工程人員需要檢查不良品(因PD而導致) 的實際電壓與電流波形,Chroma11210亦提供可記錄每個不良品發生PD現象的電壓波形,使用者可以縮放記錄內的波形圖,可簡易地查看PD現象的波形細節,此功能可協助鋰離子電池(干電芯)測量出在電解液填充前的有效絕緣距離是否足夠,避免潛在不良品進入下一生產階段或流入終端市場。相較于傳統的絕緣測試,Chroma 11210電池芯絕緣測儀提升了鋰離子電池驅動的電子電氣產品的安全性到新的境界。
      
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